动态卸荷作用下圆形洞室围岩的变形规律和失稳破坏模式

来源 :西安理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qiuqiuls
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
基于瞬态卸荷假设,有学者求解了轴对称条件下均匀荷载激发瞬态波动平衡方程,得到了动态开挖卸荷解析解。但是由于这一求解方法是基于连续的位移势函数这一微分方程得到的,求解过程和实际应用极为繁琐和复杂,且不能考虑初始地应力与开挖后的二次应力场联合作用。为了简化计算过程,本文通过将隧道开挖模型在空间和时间上离散考虑,推导求解静水压力条件下圆形洞室突然开挖卸载的动态位移,并对其演化规律进行分析研究,同时引入破坏准则进行卸荷过程的动应力分析和破坏模式研究,得到以下结论:(1)从工程实用角度出发,将圆形洞室动态开挖这一突然卸荷过程在时间和空间上离散为一系列有限时间步和一圈一圈有限计算单元的动应力释放过程。将每个时步、每个洞圈的弹塑性基本解和动应力作为边界应力场,位移和速度作为初始条件,逐步分析推导得到整个圆形洞室围岩的动态应力场变化过程。简称为“有限圈”法。(2)引入Griffith起裂准则和Mohr-Coulomb破坏准则,提出了临界附加应力差值I。将围岩动态卸荷过程的破坏模式分为两种:临界附加应力差值为正时(I>0)的起裂一剪切屈服破坏模式和临界附加应力差值非正时(I≤0)的剪切屈服破坏模式;两种破坏模式的动态卸荷过程可以分别分为弹性、起裂、剪切屈服、稳定四个阶段和弹性、剪切屈服、稳定三个阶段。(3)采用FLAC3D和UDEC进行数值模拟并与本文提出动态卸荷计算结果进行对比分析:起裂—剪切屈服破坏模式下,卸荷完成后的应力分布规律和破坏区范围更接近UDEC的模拟计算结果;而剪切屈服破坏模式下,卸荷完成后的应力分布和破坏区范围则更接近FLAC3D的模拟结果。对于不同计算结果,切向应力分布和破坏区范围差异较大,而径向应力相差较小。动态卸荷得到的应力分布大于静力解得到的应力分布。(4)引入实际岩爆工程案例进行应力分布与岩爆破坏等级的定量分析。结果表明,随着岩爆等级的提高,破坏区范围明显减小,而洞壁处的切向应力最大值和弹塑性交界处的径向应力都出现不同程度的增大。
其他文献
随着科学技术的持续发展,自动驾驶技术取得了突破性进展。未来,自动驾驶汽车将成为一项新的出行方式。景区作为城市微单元,是自动驾驶观光车的重要应用场所,而观光车内饰将如何适应自动驾驶的需求已成为当今研究的重要课题,亟待进行新一轮创新设计。本课题针对西安浐灞湿地公园的特点及游客需求,以园区自动驾驶观光车内饰的硬件与软件为对象进行设计研究,主要研究内容如下:(1)自动驾驶观光车内饰设计的相关理论分析。首先
学位
随着多代家庭生命周期的延长及全职父母数量的增加,隔代抚养逐渐成为我国常见的家庭育儿模式。早在2016年,国务院就公布并强调要增强家庭的“抚幼”和“养老”功能。而当前的隔代抚养家庭中,儿童的发展仍作为关注的核心,家庭的“抚幼”功能被放大,“养老”功能则面临被忽视的窘境。为了更好地探求家庭“养老”和“抚幼”的平衡途径,本研究立足于隔代抚养的国情,以隔代抚养家庭中祖辈老人的生活困境为切入点,综合运用文献
学位
当多孔固体的宏观结构尺寸与材料微结构尺寸在同一量级时,多孔固体会出现尺寸效应。传统连续介质理论假定材料介质是均匀和连续的,本构关系中不包含材料微结构的任何尺寸参数,无法解释多孔固体结构所表现出的尺寸效应现象。然而修正偶应力理论本构关系中含有描述材料微结构的尺寸参数,能唯象地描述多孔固体出现的尺寸效应。本文基于修正偶应力理论,以多孔固体为研究对象,建立Euler梁和Timoshenko梁模型,研究孤
学位
结合面在机械运行过程中承受极为复杂的荷载以及传递运动、能量的任务,其接触刚度问题与机械加工精度密切相关。考虑到粗糙表面的几何特性,引入泛形理论表征粗糙表面形貌,泛形对象是具有有限层次的自相似结构,更加贴合实际物理对象。本文基于泛形理论和赫兹接触理论,研究粗糙面形貌参数与法向接触刚度、切向接触刚度的关系。主要研究内容如下:通过泛形海岛分布描述粗糙表面的形貌从而建立结合面弹性接触模型,求解结合面的法向
学位
随着印刷装备的市场覆盖面逐渐增大,为提高不同国家和地区的用户对印刷装备操控界面通用性的需求。本文基于通用设计理论对印刷装备实体按键与软件界面的图标进行优化,以提高印刷装备操控界面的通用性。通过印刷装备市场调研与通用性设计相关领域的文献研究,总结出当前学者们提升通用性设计方法,对比国内外印刷装在界面按键、图标形式、交互方式和图标构成上的共性与个性,从印刷装备操控软件界面与硬件界面两个角度来提升印刷装
学位
典型的无网格方法采用移动最小二乘函数(MLS)作为近似函数,但由于MLS不具备Kronecker delta函数性质,边界条件施加困难。局部径向基点插值方法(LRPIM)是采用径向基点插值形函数的无网格方法,基本边界条件无需特殊处理,可以直接施加,在保持高精度的前提下可以提高计算效率。本文将LRPIM应用于机械结合面的接触分析。根据位移连续条件推导了含接触特性的线性互补方程,建立了基于LRPIM的
学位
在机械构件中经常存在缺陷如孔制、夹杂和裂纹等不同形式的几何或者物理性质不连续的现象。弹性波在构件中传播时遇到孔洞等缺陷,会在缺陷周围产生散射,导致构件内应力值陡然改变,引发动应力集中现象。当孔洞缩小到纳米尺度,表面效应会对材料性能产生重要的影响。本文基于表面弹性理论和经典弹性理论,结合波动理论和细观力学均匀化思想研究了纳米孔洞周围的动应力集中及弹性波作用下纳米多孔材料的等效力学性质,得到了一系列结
学位
断裂韧度是表征裂纹体抵抗裂纹失稳扩占能力的指标,是工程材料安全服役的关键参量,一般所说的断裂韧度通常是指能量释放率、应力强度因子、裂纹尖端张开位移CTOD和J-积分的临界值GIC、KIC、δC和JC,前两个为线弹性断裂指标,后两个为弹塑性断裂指标。KIC、JC和δC均可由相应的规范或标准测得,而GIC则没有直接的办法测得,一般是通过与应力强度因子KIC的关系换算得到。准确获取材料的断裂韧度,对于结
学位
空心金属球泡沫材料因为优异的吸能特性,广泛应用于轻量化吸能结构设计中,而由于存在内部随机缺陷、细观结构控制较弱等问题,众多学者寻求更大尺寸的空心金属球结构的研究,以图制备出细观结构更易控制的多空心金属球结构。但是目前存在单焊接空心金属球焊缝连接缺陷、以及多空心金属球结构多球之间缺乏稳固连接等问题。本文试图在空心金属球泡沫材料的基础上,注入有序多孔材料设计理念,利用不锈钢深拉伸技术,引入光亮退火热处
学位
随着材料的发展,压电半导体的力电耦合特性在工程中得到广泛的应用,其波动问题也得到了普遍的关注。为了拓展压电半导体在声波器件中的应用、满足相关无损检测技术的需要、揭示这类材料的非均匀性对波动特性的影响规律,本文研究功能梯度压电半导体结构中的几种弹性导波,主要包含以下内容:首先,分别针对功能梯度压电半导体结构中的水平偏振横向剪切波与平面应变型导波,基于压电半导体和弹性动力学理论的基本方程,推导得到以电
学位